1、復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容根據(jù)控制要求對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速根據(jù)控制要求對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速指標(biāo)：指標(biāo)：n靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)指標(biāo)）靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)（穩(wěn)態(tài)指標(biāo)）n動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)NminNmin0NnnnnnsminNminmaxnnnnD)1 (NNsnsnD（1-34） 調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)并不是彼此孤立調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)并不是彼此孤立閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟n系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)形成基本本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)形成基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。的閉環(huán)控制

2、系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。n系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)畫出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能。性能。n系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，性能不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。大大提高調(diào)速范圍。 注意注意nmax opc)1 (DKDl(1-40) )1 (opNopsnsnD)1 (cNcs

3、nsnDll 必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置（ PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器）來改造系統(tǒng)，使它）來改造系統(tǒng)，使它同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)兩方同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)兩方面的要求。面的要求。采用采用P放大器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，放大器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)， K越大穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)越好，但是越大穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)越好，但是K越大系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定，即動(dòng)態(tài)越大系統(tǒng)可能變得不穩(wěn)定，即動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾。穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾。系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正工具工具n典型伯德圖典型伯德圖OL/dBc/s-1-20dB/dec低頻段中頻段高頻段圖1-37 自動(dòng)控制系統(tǒng)的典型伯德圖 理想波特圖特性

4、：理想波特圖特性：中頻以中頻以20db/dec斜率穿越斜率穿越0分貝線。分貝線。截止頻率（或剪切頻率）截止頻率（或剪切頻率）c 越高，系統(tǒng)越高，系統(tǒng)快速性越好。快速性越好。低頻段斜率高、增益高，表示系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)低頻段斜率高、增益高，表示系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度好精度好高頻段衰減得越快，說明系統(tǒng)抗高頻噪高頻段衰減得越快，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。聲干擾的能力越強(qiáng)。問題的提出問題的提出n采用采用P放大器設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)放大器設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。速系統(tǒng)。n分析靜差產(chǎn)生的原因：分析靜差產(chǎn)生的原因： Uc = Kp Unn Uc 0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即 Un 0 ；nUc

5、= 0，電動(dòng)機(jī)停止。電動(dòng)機(jī)停止。本本節(jié)節(jié)提提要要n積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律n比例積分控制規(guī)律n無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算1.6 比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)1.6.1 積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律 1. 積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器 如圖，由運(yùn)算放大器可構(gòu)成一個(gè)積分電路。+CUexRbalUinR0+A圖1-43 積分調(diào)節(jié)器a) 原理圖tUUinexUex =R0C11Uin dtUin dt1=階躍輸入作用下 UexUinUexmtUinUexOb) 階躍輸入時(shí)的輸出特性()L/dB0L()-20dB1/O-/2c) Bode圖圖1-4

6、3 積分調(diào)節(jié)器2. 積分調(diào)節(jié)器的特性3. 積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssUsUsW1)()()(inexi(1-66) 4. 轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律n控制電壓Uc是轉(zhuǎn)速偏差電壓Un的積分， t0ncd1tUU圖1-45 積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程a) 階躍輸入 b) 一般輸入n 輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程 若初值不是零，還應(yīng)加上初始電壓Uc0 ，則積分式變成 0c0ncd1UtUUtn在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng) Un 變化時(shí)，只要其極性不變，即只要仍是 Un* Un ，積分調(diào)節(jié)器的輸出 Uc 便一直增長；只有達(dá)到 Un* = Un ， Un = 0時(shí)，Uc 才停止上升；不到 Un 變負(fù)，Uc

7、 不會(huì)下降。n積分控制的特點(diǎn)：當(dāng)積分控制的特點(diǎn)：當(dāng) Un = 0時(shí)，時(shí)，Uc并并不是零，而是一個(gè)終值不是零，而是一個(gè)終值 Ucf ；如果如果 Un 不再變化，此終值便保持恒定不變。不再變化，此終值便保持恒定不變。n分析結(jié)果：分析結(jié)果： 采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。5. 比例與積分控制的比較比例與積分控制的比較 有靜差調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng) 無靜差調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)論斷：論斷： 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的比例

8、調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；現(xiàn)狀； 而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。的全部歷史。 1.6.2 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律 無靜差的角度：積分控制優(yōu)于比例控制；無靜差的角度：積分控制優(yōu)于比例控制；快速性上：積分控制不如比例控制。快速性上：積分控制不如比例控制。 a) P調(diào)節(jié)器UexUintUinUexO UexUinUexmtUinUexOb) I調(diào)節(jié)器1. PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 在模擬電子控在模擬電子控制技術(shù)中，可用制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來實(shí)運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。線路如圖所示。Uex+C1Rba

9、lUinR0+AR1圖1-38 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器 2. PI輸入輸出關(guān)系 按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得tUUKtUCRURRUd1d1ininpiin10in01ex(1-60)01piRRK10CR式中式中 PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。 由此可見，由此可見，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。分相加而成。3. PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 當(dāng)初始條件為零時(shí)，當(dāng)初始條件為零時(shí)，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。 (1-61)PI調(diào)

10、節(jié)器的輸出由兩部分疊加。調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分疊加。ssKsKsUsUsW11)()()(pipiinexpin 分析結(jié)果 由此可見，比例積分控制綜合了比由此可見，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，互相例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，互相補(bǔ)充。補(bǔ)充。 比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 1.6.3 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 n系統(tǒng)組成n工作原理n穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性n參數(shù)計(jì)算1. 系統(tǒng)組成+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSU

11、iTAIdR1C1UnUd圖1-48 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)示例 -+MTG+-UPE2. 工作原理 比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無靜差。比例積分調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)無靜差。 電流截止負(fù)反饋來限制動(dòng)態(tài)過程的沖電流截止負(fù)反饋來限制動(dòng)態(tài)過程的沖擊電流。擊電流。3. 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性 當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PI調(diào)節(jié)器的方框中無調(diào)節(jié)器的方框中無法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。表明是比例積分作用。 圖1-49 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id Idc

12、r ） Ks 1/CeU*nUcUnIdREnUd0Un+-穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)）穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)） 無靜差系統(tǒng)的理想靜無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖所示。特性如右圖所示。當(dāng)當(dāng) Id Idcr 時(shí)，電流截時(shí)，電流截止負(fù)反饋起作用，靜特止負(fù)反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上是性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個(gè)靜特一條垂直線。整個(gè)靜特性近似呈矩形。性近似呈矩形。 OIdIdcrn1n2nmaxn圖1-50 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 嚴(yán)格地說，嚴(yán)格地說，“無靜差無靜差”只是理論上的，只是理論上的，實(shí)際上仍有很小的靜差，只是在一般精實(shí)際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不

13、計(jì)而已。度要求下可以忽略不計(jì)而已。4. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡單，在理無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí) Un = 0，因而因而 Un = Un* ，可以可以按式（按式（1-67）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) max*maxnnU（1-67） 電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速； 相應(yīng)的最高給定電壓。相應(yīng)的最高給定電壓。 nmaxU*nmax+-UinR0RbalR1C1R1AUex5. 準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器實(shí)際中，為了避免實(shí)際中，為了避免運(yùn)零點(diǎn)漂移，并接一運(yùn)零點(diǎn)漂移，并接一個(gè)電阻個(gè)電阻R1 （M ） ，近似的近似

14、的PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器，或稱或稱“準(zhǔn)準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器” 系統(tǒng)是一個(gè)近似的系統(tǒng)是一個(gè)近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)。準(zhǔn)準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器，其穩(wěn)調(diào)節(jié)器，其穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)為態(tài)放大系數(shù)為圖1-51 準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器 01pRRK1.7電壓反饋電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)1、問題的提出 采用測速發(fā)電機(jī)測量轉(zhuǎn)速精度和復(fù)雜性采用測速發(fā)電機(jī)測量轉(zhuǎn)速精度和復(fù)雜性電壓能夠反映轉(zhuǎn)速？電壓能夠反映轉(zhuǎn)速？電機(jī)電樞電阻不是太大，可用電壓來反電機(jī)電樞電阻不是太大，可用電壓來反映轉(zhuǎn)速，要考慮誤差。映轉(zhuǎn)速，要考慮誤差。實(shí)現(xiàn)電路：實(shí)現(xiàn)電路： P45 圖圖1-52UPEM+-R1R0R0U*n-+-RbalUu= UdUcUd圖圖1-522、電

15、壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖UctUd0KpUn*(s)+-+Un電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖KsRaRpe!CenId-+UdE-n問題：電壓負(fù)反饋不能彌補(bǔ)電樞壓電壓負(fù)反饋不能彌補(bǔ)電樞壓降所造成的轉(zhuǎn)速降落。降所造成的轉(zhuǎn)速降落。UPE+-R1R0R2U*n-+-RbalUu= UdUcUdR0RsM圖圖1-543、附加電流正反饋的電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖、附加電流正反饋的電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖KpKsRaRpe+Rs1/Ce +-UuU*nUUcUd0+-+-EnUdId圖圖1-55 帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的直流調(diào)帶電壓負(fù)反饋和電流正反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖4、電壓負(fù)反饋電流補(bǔ)償系統(tǒng)n=Kp Ks Un*Ce(1+K)(Rrec +Rs ) IdCe(1+K)-+Kp Ks IdCe(1+K)-Ra IdCe總之，電流正反饋可以用來補(bǔ)償一部總之，電流正反饋可以用來補(bǔ)償一部分靜差，以提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性分靜差，以提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。但是，不